本文選題：抗菌性 + 生物膜　； 參考：《華南理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial fuel cell,簡(jiǎn)稱MFC)能同時(shí)進(jìn)行廢水處理和產(chǎn)電,是近年來(lái)環(huán)境保護(hù)和能源領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)。目前,限制MFC應(yīng)用的瓶頸主要是產(chǎn)電低和造價(jià)高,而電極材料是決定MFC產(chǎn)電性能和成本的關(guān)鍵因素。研究表明,新興材料石墨烯具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性,將其用于修飾MFC的電極能顯著提升產(chǎn)電性能并降低制備成本。然而,石墨烯的抗菌性已被研究所證實(shí),其修飾電極在MFC中必然會(huì)對(duì)電化學(xué)活性菌產(chǎn)生影響。為此,本研究探索了石墨烯修飾陽(yáng)極(GMAs)與陽(yáng)極電化學(xué)活性菌的相互作用關(guān)系,探明了GMAs對(duì)陽(yáng)極電化學(xué)活性菌的抗菌性,并進(jìn)一步考察了GMAs抗菌性對(duì)MFC產(chǎn)電性能的影響,為發(fā)展石墨烯修飾電極MFC奠定基礎(chǔ)。本研究采用improved Hummers法制備了氧化石墨烯,XRD,Raman,TEM和AFM分析結(jié)果顯示所制備的氧化石墨烯氧化程度高,是具有少量褶皺的少層片狀結(jié)構(gòu)。采用循環(huán)伏安電沉積法還原方法制備三種不同石墨烯負(fù)載量的電極:5-G,20-G和40-G。Raman和FESEM測(cè)試分析表明氧化石墨烯成功還原為石墨烯并均勻沉積在電極表面。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,GMAs的極化阻抗(Rct)明顯比空白電極降低,電子傳遞性能顯著增強(qiáng)。CV測(cè)試結(jié)果表明,接種Shewanella oneidensis MR-1 5h后,GMAs的電化學(xué)活性低于空白電極,運(yùn)行時(shí)間增加至18h,GMAs電化學(xué)活性逐漸上升,并于30d后明顯高于空白電極。CLSM測(cè)試結(jié)果表明,隨運(yùn)行進(jìn)程,電極表面生物膜厚度逐漸增大。在接種5h后,GMAs表面生物膜活菌比低于空白電極,18h后,生物膜活菌比顯著增大并明顯超過(guò)空白電極。GMAs電化學(xué)活性和生物膜活菌比隨時(shí)間變化的原因是由于生物膜成熟后,包裹在胞外聚合物內(nèi)的細(xì)菌可大量避免石墨烯的抗菌性影響,且生物膜內(nèi)部的細(xì)菌可以通過(guò)胞外聚合物或者納米導(dǎo)線進(jìn)行遠(yuǎn)距離電子傳遞。為進(jìn)一步考察GMAs抗菌性對(duì)MFC產(chǎn)電性能的影響,研究了GMAs-MFC的產(chǎn)電性能。相比于空白電極,GMAs可顯著降低陽(yáng)極極化損失,提高M(jìn)FC電壓輸出和功率密度,產(chǎn)電穩(wěn)定時(shí)間縮短了27%。在運(yùn)行初期GMAs對(duì)微生物的抗菌性并未對(duì)MFC產(chǎn)電性能造成負(fù)面影響,陽(yáng)極石墨烯負(fù)載量越大,MFC的最大功率密度越高。
[Abstract]:Microbial fuel cell (MFCs), which can treat wastewater and produce electricity simultaneously, is a new technology in the field of environmental protection and energy in recent years.At present, the bottleneck to restrict the application of MFC is mainly low power generation and high cost, and electrode material is the key factor to determine the electrical performance and cost of MFC.The results show that graphene has excellent physical and chemical properties, and the electrode used to modify MFC can significantly improve the electrical properties and reduce the preparation cost.However, the antibacterial activity of graphene has been confirmed by the research, and its modified electrode must have an effect on the electrochemically active bacteria in MFC.Therefore, the interaction between graphene modified anode (GMas) and anode electrochemically active bacteria (AECs) was investigated, and the antibacterial activity of GMAs to AECO was investigated, and the effect of GMAs on the electrical properties of MFC was also investigated.It lays a foundation for the development of graphene modified electrode MFC.In this study, improved Hummers method was used to prepare graphene oxide. The results of TEM and AFM analysis showed that the oxidation degree of graphene oxide was high, and the graphene oxide had a small lamellar structure with a small number of folds.Three kinds of graphene loaded electrodes with different amounts of graphene were prepared by cyclic voltammetry electrodeposition. The results of 40-G.Raman and FESEM measurements showed that graphene oxide was successfully reduced to graphene and deposited uniformly on the electrode surface.The results of electrochemical measurement showed that the polarization impedance of GMAs was significantly lower than that of the blank electrode, and the electron transfer property was significantly enhanced. CV test showed that the electrochemical activity of GMAs was lower than that of the blank electrode after 5 h inoculation with Shewanella oneidensis MR-1.The electrochemical activity of GMAs increased gradually when the running time was increased to 18 h, and the results showed that the biofilm thickness on the electrode surface increased with the running process, and was obviously higher than that of the blank electrode after 30 days.After inoculation for 5 h, the ratio of biofilm viable bacteria on the surface of GMAs was lower than that of the blank electrode for 18 h, the ratio of biofilm viable bacteria increased significantly and exceeded the electrochemical activity of blank electrode. GMAs and the ratio of biofilm viable bacteria changed with time because of the maturation of biofilm.Bacteria encapsulated in extracellular polymers can largely avoid the antibacterial effect of graphene, and bacteria in biofilms can be transported through extracellular polymers or nanowires for long distance electron transport.In order to investigate the effect of GMAs antibacterial properties on the electrical properties of MFC, the electrical properties of GMAs-MFC were studied.Compared with the blank electrode, GMAs can significantly reduce the loss of anode polarization, increase the voltage output and power density of MFC, and shorten the power stability time by 27%.The antimicrobial activity of GMAs to microorganism did not have a negative effect on the electrical properties of MFC at the early stage of operation, and the higher the load of anode graphene was, the higher the maximum power density of MFC was.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;TM911.45

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本文編號(hào)：1762185